[C#] switch 文のパターンマッチング — 7.0 から 9.0 までの変遷

前回の記事では if 文のパターンマッチングを整理しました。同じパターンは switch 文でも使えます。C# 7.0 で switch にパターンマッチングが導入され、C# 8.0 で switch 式、C# 9.0 でさらに新しいパターンが追加されました。本記事では switch 文（statement）を中心に変遷を整理します。

C# 7.0 以前の switch 文

C# 7.0 より前の switch は、定数値との完全一致しか比較できませんでした。

int code = 2;

switch (code)
{
    case 1:
        Console.WriteLine("one");
        break;
    case 2:
        Console.WriteLine("two");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("other");
        break;
}

case に指定できるのは整数・文字列・列挙型などのコンパイル時定数のみで、型チェックや範囲チェックはできませんでした。

C# 7.0 — 型パターン

C# 7.0 から case に型パターンを書けるようになりました。is 演算子と同様に、型チェックと変数束縛を一度に行えます。

object item = 3.14;

switch (item)
{
    case int i:
        Console.WriteLine($"整数: {i}");
        break;
    case double d:
        Console.WriteLine($"浮動小数点: {d}");
        break;
    case string s:
        Console.WriteLine($"文字列: {s}");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("その他");
        break;
}
// → 浮動小数点: 3.14

マッチした case の変数（i、d、s）はそのブロック内で使えます。

null のマッチング

型パターンは null にマッチしません。null を明示的に処理したい場合は case null: を追加します。

object item = null;

switch (item)
{
    case null:
        Console.WriteLine("null です");
        break;
    case string s:
        Console.WriteLine($"文字列: {s}");
        break;
}

case null: は型パターンより前に書いても後に書いても動作しますが、意図を明確にするため先頭近くに置くのが一般的です。

C# 7.0 — when 句（ガード条件）

case に when 句を追加することで、パターンに一致した後さらに条件を絞り込めます。

object item = -5;

switch (item)
{
    case int i when i > 0:
        Console.WriteLine($"正の整数: {i}");
        break;
    case int i when i < 0:
        Console.WriteLine($"負の整数: {i}");
        break;
    case int i:
        Console.WriteLine("ゼロ");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("整数ではない");
        break;
}
// → 負の整数: -5

case は上から順に評価されます。最初にマッチした case が実行されるため、より具体的な条件を先に書きます。

型パターンと when 句の組み合わせ例

object shape = new Rectangle { Width = 4, Height = 6 };

switch (shape)
{
    case Circle c when c.Radius == 0:
        Console.WriteLine("点（半径 0 の円）");
        break;
    case Circle c:
        Console.WriteLine($"円: 半径 {c.Radius}");
        break;
    case Rectangle r when r.Width == r.Height:
        Console.WriteLine($"正方形: 辺 {r.Width}");
        break;
    case Rectangle r:
        Console.WriteLine($"長方形: {r.Width} x {r.Height}");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("不明な図形");
        break;
}
// → 長方形: 4 x 6

継承関係があるクラス群の処理分岐を、型キャストなしに書けるのが大きなメリットです。

C# 7.0 — case の順序と網羅性

型パターンを使う case はコンパイラが順序を検証します。より一般的なパターンが先にある場合、後の case に到達できないとコンパイルエラーになります。

switch (item)
{
    case object o:             // object はすべてにマッチする
        Console.WriteLine(o);
        break;
    case string s:             // ここには絶対に到達できない → コンパイルエラー
        Console.WriteLine(s);
        break;
}

case object o: がすべての非 null 値にマッチするため、case string s: は到達不能と判定されます。

C# 9.0 — 関係パターン・論理パターン

C# 9.0 で追加された関係パターン（>, >=, <, <=）と論理パターン（not, and, or）は switch 文の case でも使えます。when 句なしで範囲条件を直接 case に書けるようになりました。

関係パターン

int score = 75;

switch (score)
{
    case >= 90:
        Console.WriteLine("優");
        break;
    case >= 70:
        Console.WriteLine("良");
        break;
    case >= 50:
        Console.WriteLine("可");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("不可");
        break;
}
// → 良

C# 7.0 の when 句で書いていた case int i when i >= 90: が、case >= 90: とシンプルになります。

and パターンで閉区間を表現

int value = 15;

switch (value)
{
    case >= 1 and <= 10:
        Console.WriteLine("1〜10");
        break;
    case >= 11 and <= 20:
        Console.WriteLine("11〜20");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("範囲外");
        break;
}
// → 11〜20

or パターンで複数値をまとめる

string day = "Saturday";

switch (day)
{
    case "Saturday" or "Sunday":
        Console.WriteLine("週末");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("平日");
        break;
}
// → 週末

定数パターンの or は複数の case ラベルを並べる書き方と同義ですが、1 行にまとめられます。

not パターン

object item = 42;

switch (item)
{
    case not null:
        Console.WriteLine($"null ではない: {item}");
        break;
    default:
        Console.WriteLine("null");
        break;
}

switch 式（C# 8.0）との使い分け

C# 8.0 では switch 式が導入され、各アームが値を返せるようになりました。

// switch 式（C# 8.0）
string result = score switch
{
    >= 90 => "優",
    >= 70 => "良",
    >= 50 => "可",
    _     => "不可",
};

switch 文と switch 式の使い分けの目安は以下のとおりです。

使い分け	推奨
値を返したい・代入したい	`switch` 式
複数の処理をまとめて実行したい	`switch` 文
`break` / `return` が各 case で異なる	`switch` 文

まとめ

バージョン	追加された機能	例
C# 7.0	型パターン	`case string s:`
C# 7.0	定数パターン	`case null:`
C# 7.0	`when` 句	`case int i when i > 0:`
C# 9.0	関係パターン	`case >= 90:`
C# 9.0	`and` パターン	`case >= 1 and <= 10:`
C# 9.0	`or` パターン	`case "Sat" or "Sun":`
C# 9.0	`not` パターン	`case not null:`

switch 文のパターンマッチングを使うと、複数の型や条件に応じた分岐を型安全かつ読みやすく書けます。値を返すだけの分岐であれば switch 式をあわせて検討してみてください。